Per poter comprendere le proprietà chimiche degli elementi e per prevedere il loro comportamento è necessario ordinarli secondo una qualche proprietà. Molti sono stati i tentativi di classificazione ma quello che ebbe più successo fu l’ordinamento ideato dal chimico russo Dmitrij Mendeleev, nel 1869.
Egli si accorse che disponendoli in ordine crescente di peso atomico, a intervalli periodici si presentavano elementi con proprietà chimiche simili.
Per esempio, gli elementi litio, sodio , potassio, rubidio e cesio si comportano, nelle reazioni chimiche, in modo analogo. Il berillio, il magnesio, il calcio, lo stronzio, il bario che seguono rispettivamente il litio, il sodio , il potassio, il rubidio e il cesio presentano comportamenti simili tra loro.
Prendendo in considerazione i restanti elementi, Mendeleev, propose la legge periodica: le proprietà chimiche e fisiche degli elementi variano in modo periodico con il loro peso. Utilizzando questa legge il chimico russo costruì la prima tavola periodica.
In questa tavola gli elementi sono sistemati in righe dette periodi, secondo il peso atomico crescente, andando “a capo” quando si incontra, verso destra, la fine della riga. Si formano così delle colonne dette gruppi, che contengono elementi con le stesse caratteristiche.
Mendeleev, per far in modo che nella stessa colonna apparissero elementi con proprietà simili lasciò dei posti vuoti (all’epoca si conoscevano circa 60 elementi) confidando che questi “buchi” venissero riempiti da scoperte future.
Un esempio del successo del metodo ideato da Mendeleev fu la scoperta del germanio, le cui proprietà chimiche corrispondevano perfettamente alle previsioni del chimico.
Nella tavola periodica che si usa oggi gli elementi non sono più disposti secondo il perso atomico crescente ma in relazione al numero atomico.
La legge periodica moderna afferma che le proprietà chimiche e fisiche degli elementi variano in modo periodico secondo il loro numero atomico.
Ogni elemento è posto in una casella rettangolare o quadrata in cui viene riportato il il nome, simbolo chimico, il numero atomico, il peso atomico e, in alcune tavole, altri dati sulle caratteristiche dell’elemento.
Una tavola periodica degli elementi può essere consultata all’indirizzo Tavola periodica degli elementi
La tavola periodica è indispensabile al chimico in quanto permette di osservare come variano le proprietà di un elemento in funzione della sua posizione e di semplificare la memorizzazione delle somiglianze o differenze tra elementi.
I periodi della tavola di moderna sono sette e gli elementi che si trovano nello stesso periodo variano gradualmente le loro proprietà. I gruppi sono otto più quello dei metalli di transizione. Alcuni gruppi hanno nomi particolari:
- gruppo I – metalli alcalini
- gruppo II – metalli alcalini – terrosi
- gruppo VII – alogeni
- gruppo 0 – gas nobili
Dmitrii Ivanovic Mendeleev (Tobol’sk 7/2/1834 – San Pietroburgo 2/2/1907)
Fu uno dei chimici russi più famosi. Compì numerose ricerche sulle proprietà fisiche degli elementi ma il suo nome è legato alla costruzione della tavola periodica degli elementi.. Insegnò prima chimica organica all’Università di San Pietroburgo e poi, nel 1867 fu nominato professore di chimica generale.
Scrivendo un libro su questo argomento, nell’elencare le proprietà degli elementi, si accorse delle loro proprietà periodiche e da qui nacque l’idea della Tavola Periodica degli Elementi.
Il libro fu pubblicato nel 1868 – 1869, in russo e fu poi tradotto in inglese, francese e tedesco.
Alle stesse scoperte di Mendeleev giunse, qualche mese dopo, anche un fisico tedesco, Julius Lothar Meyer (1830 – 1895).
La valenza
Una delle caratteristiche più importanti di un atomo di un elemento è la capacità di legarsi con altri atomi di altri elementi; questa proprietà prende il nome di valenza.
Essa rappresenta il numero di legami che un dato atomo di un determinato può fare con atomi di altri elementi: se un elemento è monovalente, un suo atomo può combinarsi solo con un altro atomo mentre se è trivalente i legami realizzabili sono tre.
La valenza di un elemento dipende dalla configurazione elettronica dell’atomo e, in particolare, dalla distribuzione degli elettroni nell’ultima orbita.
Per esempio il sodio (Na) possiede 11 elettroni così distribuiti: 2 nel primo livello, 8 nel secondo e 1 in quello più esterno.
Questo elettrone può essere ceduto ad un atomo di un altro elemento formando così un legame tra gli atomi: il sodio ha perciò valenza +1.
L’ossigeno ha numero atomico 16 per cui i suoi elettroni sono così distribuiti: 2 nel primo livello, 8 nel secondo e 6 nell’ultimo.
In quest’ultimo livello c’è posto per altri due elettroni per cui la valenza dell’ossigeno è -2.0.
Gli atomi che hanno valenza positiva tendono a cedere l’elettrone o gli elettroni dell’ultima orbita mentre quelli con valenza negativa acquistano elettroni per completare l’ultimo livello.
Gli elementi del gruppo 0, detti gas nobili, hanno valenza 0 per cui non si legano con nessun altro elemento.
Gli atomi tendono ad assumere la configurazione di un gas nobile ed è in questo fatto che va ricercata la disponibilità che essi hanno a cedere o acquisire elettroni.
Gli elementi che appartengono allo stesso gruppo della tavola periodica hanno, in genere, la medesima valenza.
Ecco le valenze di alcuni elementi con l’indicazione del gruppo di appartenenza.
| Elemento | Valenza | Gruppo |
| Idrogeno (H) | +1 | 1A |
| Sodio (Na) | +1 | 1A |
| Calcio (Ca) | +2 | 2A |
| Ferro (Fe) | +3 | 8B |
| Alluminio (Al) | +3 | 3A |
| Carbonio (C) | +4 | 4A |
| Fosforo (P) | -3 | 5A |
| Ossigeno (O) | -2 | 6A |
Caratteristiche di alcuni elementi
- Elementi presenti in maggiore quantità nell’Universo: Idrogeno, Elio, Ossigeno, Neon, Azoto, Carbonio, Silicio, Magnesio, Ferro, Zolfo;
- Gli elementi predominanti nell’Universo sono l’idrogeno e l’elio, che sono i costituenti principali delle stelle;
- I dieci elementi più abbondanti nel Sistema solare: Idrogeno, Elio, Ossigeno, Carbonio, Azoto, Silicio, Magnesio, Zolfo, Ferro, Sodio.
- Gli elementi più abbondanti sono l’idrogeno e l’elio in quanto sono i costituenti del Sole;
- I dieci elementi più abbondanti sulla Terra: Ossigeno, Ferro, Silicio, Magnesio, Zolfo, Nichel, Alluminio, Calcio, Sodio, Cromo.
- Il ferro è presente soprattutto nella parte centrale e nella crosta terrestre;
- I dieci elementi più abbondanti sulla crosta terrestre: Ossigeno, Silicio, Alluminio, Idrogeno, Sodio, Ferro, Magnesio, Calcio, Zolfo, Potassio, Titanio;
- Silicio, ossigeno e alluminio sono i costituenti fondamentali della crosta terrestre formando composti detti silicati.
- Elementi nel corpo umano: Idrogeno, Ossigeno, Carbonio, Azoto, Calcio, Zolfo, Fosforo, Sodio, Potassio, Cloro, Magnesio, Ferro, Zinco, Rame, Stagno, Manganese, Iodio, Molibdeno, Cobalto, Vanadio.
- Gli esseri viventi, uomo compreso, sono formati da composti del carbonio: proteine, zuccheri, grassi, acidi nucleici.